文件系统调用接口

对文件进行操作的第一步首先就是要将文件打开，文件未打开之前是保存在磁盘中的，而打开后就被加载到内存中了,之后我们就能对文件进行操作。

打开文件的系统调用接口：open

#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>

int open(const char* pathname, int flags); //函数1
int open(const char* pathname, int flags, mode_t mode); //函数2
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先分析函数2，
pathname·：想要打开/创建的文件（包含路径和文件名）
flags：标志位。表示想要它是如何打开的以及一些属性。对于这个参数系统定义了几个宏。

• O_WRONLY：只写打开
• O_RDONLY：只读打开
• O_RDWR：读写打开

上面的这三个宏，再使用open时必须要指定一个，并且也只能指定一个。

• O_CREAT：如果指定文件不存在，使用这个宏，可以自动创建它。创建的话，需要使用mode参数指明创建出的文件的访问权限。
• O_APPEND：追加写

返回值
成功：返回一个新打开的文件描述符（在后面介绍）
失败：返回-1

关闭文件

#include <unistd.h>

int close(int fd); //传入文件描述符
1
2
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文件描述符

一个进程通常会打开多个文件，那么操作系统就需要对这些文件进行管理。

Linux操作系统将打开的文件相关属性信息放在了结构体struct file内。而Linux的进程PCB---->task_struct中有一个结构体指针struct files_struct *fs，fs指向的表中又存在着一个数组，这个数组里面的内容正是存放着文件相关属性信息的结构体地址。

而文件描述符就是文件打开后存放其相关属性信息的结构体，对应的fd_array数组下标。只要有描述它相关属性信息的结构体信息，那么就能对这个文件进行操作。

//打开文件，查看文件描述符
  1 #include <stdio.h>
  2 #include <sys/types.h>
  3 #include <sys/stat.h>
  4 #include <fcntl.h>
  5 #include <unistd.h>
  6 
  7 int main(void)
  8 {
  9    int fd = open("./log.txt", O_WRONLY |O_CREAT, 0644);
 10    if(fd < 0)
 11    {
 12      //open fail
 13      perror("open");
 14      return 1;
 15    }
 16 
 17    printf("%d\n", fd);                                                                                                                                          
 18 
 19   //close file
 20    close(fd);
 21   return 0;
 22 }
~
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运行结果

为什么打开文件log.txt，open返回的文件描述符是3？
打开多个文件，它们的文件描述符又会怎样？

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <sys/types.h>
  3 #include <sys/stat.h>
  4 #include <fcntl.h>
  5 #include <unistd.h>
  6 
  7 int main(void)
  8 {
  9    int fd1 = open("./log1.txt", O_WRONLY |O_CREAT, 0644);
 10    int fd2 = open("./log2.txt", O_WRONLY |O_CREAT, 0644);
 11    int fd3 = open("./log3.txt", O_WRONLY |O_CREAT, 0644);
 12    int fd4 = open("./log4.txt", O_WRONLY |O_CREAT, 0644);
 13    int fd5 = open("./log5.txt", O_WRONLY |O_CREAT, 0644);
 14 
 15    printf("%d\n", fd1);
 16    printf("%d\n", fd2);
 17    printf("%d\n", fd3);
 18    printf("%d\n", fd4);
 19    printf("%d\n", fd5);
 20 
 21   //close file
 22    close(fd1);
 23    close(fd2);
 24    close(fd3);
 25    close(fd4);
 26    close(fd5);                                                                                                                                                  
 27   return 0;
 28 }

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显然，包含它们相关属性信息的结构体，对应的fd_array[]数组下标是3开头的。

那么fd_array[]数组下标0、1、2里面放了哪些struct file的地址？
事实上，当一个进程被创建的时候，操作系统会默认打开标准输入、标准输出、标准错误。而这些都是文件，标准输入、标准输出、标准错误对应的文件描述符正是0、1、2

文件描述符的分配规则
文件描述符的分配规则：给一个新文件分配文件描述符,从数组头部开始线性遍历，直到第一次找到一个没有被占用的空间，用存放这个新文件的struct file，其下标就是对应的文件描述符。（即下标最小的，没有被占用的作为文件描述符）

正如前面所举例，我们新打开一个文件，0、1、2被标准输入、标准输出和标准错误占用，那么此时下标最小的、没有被占用的就是数组下标为3的空间。所以这个文件的文件描述符为3。

//当我们尝试将标准输出关闭
  1 #include <stdio.h>
  2 #include <sys/types.h>
  3 #include <sys/stat.h>
  4 #include <fcntl.h>
  5 #include <unistd.h>
  6 
  7 int main(void)
  8 {
  9   close(1); //关闭标准输出
 10   int fd = open("./log.txt", O_CREAT | O_WRONLY, 0644);
 11   printf("%d\n", fd);
 12   printf("hello world\n");
 13   printf("hello world\n");
 14   printf("hello world\n");
 15   printf("hello world\n");
 16   printf("hello world\n");
 17   printf("hello world\n");
 18   //close(fd);   
 19   return 0;
 20}
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运行结果：本来应该直接显示到屏幕，但是并没有，发现跑到了文件log.txt中

因为我们把标准输入关闭了，那么文件描述符1就分配给了log.txt，而操作系统一直认为，打印应该是打印到文件描述符为1的位置，所以才会发生这种情况，这也是输出重定向的原理。

这个例子要注意，不要close(fd)，如果最后关闭了文件描述符1，那么这个位置就是空的，无法打印。